CC BY
24
ь а Диа сер; и со гност чца судов ика > • и
биомеханический анализ гемодинамики
Стресс стал одной из основных причин кардиологических заболеваний трудоспособного населения.
Однако деструктивные изменения в органах сердечно-сосудистой системы вследствие ее высокой адаптационной способности накапливаются в период так называемого донозо-логического (пограничного между здоровьем и болезнью) состояния, не проявляясь клинически.
В этой связи востребованы средства диагностики, дополняющие известные методы [1, 2] выявления предвестников кардиопатологий при массовом обследовании (скрининге) людей трудоспособного возраста, учащихся, призывников, а также спортсменов, работников силовых структур и транспорта, чья деятельность предусматривает первичный медицинский осмотр. Для такого значительного контингента контроль должен быть неинвазив-ным, экономичным по времени и материальным затратам.
На практике широко применяют автоматизированную тонометрию, основанную на измерении частоты сердечных сокращений (ЧСС), верхнего и нижнего пульсового давления, в том числе в условиях дозированной физической нагрузки (функциональной пробы). Кроме того, регистрируют антропометрические данные (пол,
возраст, рост, вес). Но такой «быстрый» способ выявления кардио-патологий, на наш взгляд, является ограниченным, поскольку не дает полной картины состояния сердца и сосудов. Для уточнения медицинского заключения нужна информация о содержании гемоглобина, кислотности и вязкости крови, скорости распространения пульсовой волны, начальной деформации и модуле упругости биотканей, морфологии сосудов и т.д. К сожалению, в настоящее время перечисленные параметры определяют при помощи инвазив-ных, сложных и дорогостоящих процедур.
Представляет интерес более полное использование потенциала методов тонометрии. На основе существующих представлений о гемодинамике авторами разрабатывается специализированное программно-аппаратное средство «СПАС» [3, 4] биомеханической диагностики сердца и сосудов с целью быстрого определения большой группы показателей, включая индексы гемодинамики, широко применяемые в практике физической подготовки и при оценке адаптационных возможностей спортсменов. В качестве источника данных используется процедура осциллометрии (рис. 1), а также задаются вес, нагрузка, ЧСС, максимальное и минимальное давление, номер опорной записи из архива с параметрами, соответствующими нормально-
Сергей Шилько,
завлабораторией механики композитов и биополимеров Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси
Юрий Кузьминский,
старший научный сотрудниклаборато-рии механики композитов и биополимеров Института механики металлополимерных систем им. В.А. Белого НАН Беларуси
Марина Борисенко,
старший
преподаватель
Белорусского
государственного
университета
транспорта
Тема номера
Рис. 1.
Процедура
осциллометрии
Рис. 2. Результаты математической обработки данных осциллометрии
Рис. 3.
Пример
диагностики
Рис. 4.
Гемодинамические проявления двух распространенных кардиопатологий
му самочувствию обследуемого. Производится расчет (прогнозирование) ЧСС, минутного объема кровотока, давления при текущей нагрузке и в покое. Определяются отклонения расчетного максимального давления в состоянии покоя (гипертония/гипотония) от нормы; текущей частоты сердечных сокращений (тахикардия/бра-дикардия); текущего максимального давления от прогнозируемого значения (сердечная недостаточность); степень порока аортального клапана, измеряемая в % площади сечения аорты, исходя из степени
о
X X
5
X
тахикардии. При прогнозируемом систолическом объеме крови в покое более 150 мл указывается признак спортивного типа системы кровообращения.
При верификации биомеханической модели расчетные и измеренные значения контрольных параметров соотносились двумя способами. Первый заключается в сопоставлении расчетных результатов, полученных без учета и с учетом измеренных значений вязкости крови, гемоглобина, параметра кислотного равновесия, скорости распространения пульсовой волны. Поскольку возможности проведения соответствующих анализов ограниченны, в качестве контрольных использовались относительно более доступные данные о содержании гемоглобина. Установлено, что отклонение расчетных и измеренных значений содержания гемоглобина не превышает 8%.
Второй способ предполагает выполнение первичного анализа, мониторинг и прогнозирование параметров при максимальной нагрузке. Таким образом были обследованы 75 студентов факультета физической культуры Гомельского государственного университета, включая спортсменов-разрядников и призеров международных соревнований,
диагностика которых производилась в состоянии покоя и при средней тренировочной нагрузке.
Обсуждение полученных результатов со специалистами по спортивной медицине не выявило противоречий с их оценкой состояния обследуемых.
На рис. 2 показана экранная форма программного обеспечения средства «СПАС» с результатами анализа профиля пульсового давления, состоящая из нескольких полей.
В поле «Аппроксимация» кривая 1 отображает изменение давления в манжете в интервале времени измерения; 2 - аппроксимирующая прямая. В поле «Данные тонометра» показано изменение давления в манжете в кардиоинтервале (период одного сокращения сердца) до процедуры сглаживания. В поле «Профиль» кривая 3 показывает изменение артериального давления во времени после процедур сглаживания и масштабирования, линия 4 состоит из отрезков, соединяющих ключевые точки кардиоинтервала, соответствующие началу и концу кардиоинтервала, а также систолическому максимуму. Результаты диагностики (гемодинамический профиль) одного из авторов статьи представлены на рис. 3.
Полученные гемодинамиче-ские показатели можно интерпретировать при обращении к базе данных средства «СПАС», в которой содержится информация об основных функциональных отклонениях и кардиопатологиях (рис. 4).
Предоставляемая специалисту результирующая информация содержит текущие и нормальные значения параметров, 10-балльные оценки отклонений от нормы, а также общую осредненную оценку состояния сердца и сосудов. Показатели гемодинамики сопоставляются с нормальными для пациента значениями. Нагрузочным тестом при обследовании трудоспособного населения служат приседания (30 приседаний в течение 30 с), что считается эквивалентным работе 30 кДж. Общая оценка более 9 баллов является отличной, при оценке ниже 7 баллов требуется
обращение к специалисту. Способность воспринимать значительные физические нагрузки оценивается показателем PWC170, дающим для «идеального» мужчины в возрасте 20 лет оценку 10.
Отсутствие средств комплексной биохимической и биофизической диагностики сердечно-сосудистой системы в большинстве медицинских и спортивных учреждений затрудняет выявление кардиопатологий, оценку трудоспособности и оптимизацию режимов тренировок спортсменов. Предлагаемый биомеханический подход играет роль дополнительного источника информации «с правом совещательного голоса». Он позволяет получить приблизительные оценки гемодинамики, но с учетом индивидуальных особенностей, оказывающих влияние на принятую физиологическую норму.
Применение разработки мотивирует систематическую самодиагностику и здоровый образ жизни. Ее целесообразно использовать в качестве элемента современных информационных технологий (информационные базы данных, телемедицина, WEB-сервисы и интернет-консультации).
Специализированное программно-аппаратное средство «СПАС» значительно расширяет возможности автоматических тонометров, выявляет функциональные расстройства и предвестники серьезных заболеваний. Его применение в здравоохранении способствует повышению точности диагнозов специалистов-кардиологов, позволяет оптимизировать режимы спортивных тренировок.
Литература
1. Сидоренко Г.И., Альхимович В.М., Атрощенко Е.С. и др. Инструментальные методы исследования в кардиологии / Под научн. ред. Г.И. Сидоренко. - Мн., 1994.
2. Лили Л. Патофизиология заболеваний сердечно-сосудистой системы. - М., 2007.
3. Шилько С.В., Шевцов В.В. Программно-аппаратный комплекс для мониторинга сердечно-сосудистой системы на основе тонометрии // Приборы и методы измерений. 2011, №2(3). С. 53-60.
4. Свидетельство №456 от 21.11.2012 о регистрации программного продукта СПАС V1.0 для биомеханической диагностики и мониторинга сердечно-сосудистой системы / Шилько С.В., Кузьминский Ю.Г., Шевцов В.В. // Заявка № С201210072 от 27.09.2012 // Реестр зарег. комп. программ / Нац. цэнтр жтэл. уласнасцг - 2012.
Неинвазивность, экспрессном,
Екатерина Слобожанина,
завлабораторией
медицинской
биофизики
Института
биофизики
и клеточной
инженерии
НАН Беларуси,
член-корреспондент
Новое физическое свойство белков - способность к флуоресценции в ультрафиолетовой области спектра -было открыто С. Коневым в 1956 г. независимо от других исследователей (С. Юденфренда в США, В. Шора и А. Парди в Англии). Ученый вместе со своими учениками установил связь флуоресценции белковой макромолекулы с ее структурным состоянием и вскрыл информационные аспекты фотобиологии белков. В последующие годы данное направление стало объектом пристального внимания исследователей во многих лабораториях мира. Научный вклад и приоритет школы С.В. Конева в этой области исследований признан биофизиками всех стран и послужил отправной точкой для развития принципиально новых представлений об оптических свойствах биологических макромолекул. В 1992 г. представители школы (С.В. Конев, И.Д. Волотовский, Е.А. Черницкий, В.М. Мажуль, Л.Г. Пикулик и Е.И. Слобожанина) удостоены Государственной премии Республики Беларусь в области науки и техники за цикл работ «Люминесценция белков и ее применение в научных исследованиях и практике».
00367546
